CN100517079C

CN100517079C - 照明光学装置及光学装置

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Publication number: CN100517079C
Application number: CNB2006800031291A
Authority: CN
Inventors: 水泽圣幸
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Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2009-07-22
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Also published as: US7733574B2; WO2006080534B1; JP2008529037A; EP1844366B1; WO2006080534A2; EP1844366A2; JP4815445B2; CN101107572A; WO2006080534A3; DE602006003865D1; US20080212173A1

Abstract

本发明涉及一种照明光学装置和光学装置，设有：发光部(2)；透镜系统(3)用于将从发光部发出的发散光束转变成平行光束；无焦光学系统(4a、4b)用于调节通过透镜阵列(3)获得的平行光束的截面面积；复眼透镜(6)用于从截面面积被无焦光学系统调节的平行光形成多个光源图像(I)；以及柯勒照明光学系统，其使用通过复眼透镜(6)形成的多个光源图像(I)作为光源。多个发光部布置成使得它们的光轴彼此平行，而且透镜系统是一透镜阵列，该透镜阵列包括与多个发光部中的各发光部相对应的透镜元件，以通过相应的透镜元件将从多个发光部中的各发光部发出的光转变成平行光。

Description

照明光学装置及光学装置

技术领域

本发明涉及一种诸如投影装置、曝光装置和显微镜之类的照明光学装置，以及一种采用这样的照明光学装置的光学装置。

背景技术

在诸如投影装置、曝光装置和显微镜的光学装置的照明光学系统中，需要均匀地并用足够明亮的光照明整个照明区域的能力。

用于实现这样照明的公知照明光学装置例如包括在日本未审专利申请特开平6-349710号公报中描述的照明装置(参见从第10栏中的第31行至第11栏中的第30行的部分以及图7)。

相对于多个光源发出的光束而言，该照明光学装置例如通过使用复眼透镜而提高了照明光功率和照度均匀性。另外，该照明光学装置利用分束光学系统(半棱镜)将来自各光源的光束分开，并使光束从不同角度入射到复眼透镜上，以防止发生照度不均匀。

然而，该照明光学装置的问题例如在于，其需要分束系统，这使得光学系统变得复杂。该照明光学系统的另一不利之处在于，由于为了获得期望性能需要部件精度高而使装置变得非常昂贵。另外，为了在复眼透镜处有效地接收从光源发出的光，同时防止例如渐晕，光源的形状和布局以及复眼透镜的形状都受到诸多限制。此外，期望的结构是可按照需要根据例如待检验样品的性质来选择光源的类型、强度等。然而，这样的结构不能应用在上述公知的照明光学装置中。

发明内容

本发明是鉴于上述情形构思的，并且本发明的目的在于提供一种照明光学装置和采用该照明光学装置的光学装置，所述照明光学装置和光学装置能够有效地收集从光源发出的光以便以较低的照度不均匀性进行照明，而不必采用复杂结构且也不会给光源的形状布局以及复眼透镜的形状施加限制。优选的是，本发明的另一目的是提供一种照明光学装置和采用该照明光学装置的光学装置，该照明光学装置和光学装置允许根据例如待检验样品的性质选择适当的光源。

为了实现上述目的，本发明提供如下的解决方案。

本发明提供了一种照明光学装置，该照明光学装置包括：发光部；透镜系统，该透镜系统用于将从所述发光部发出的发散光束转变成平行光束；无焦光学系统，该无焦光学系统用于调节通过所述透镜系统获得的平行光束的截面面积；复眼透镜，该复眼透镜用于从截面面积被所述无焦光学系统调节的平行光来形成多个光源图像；以及柯勒(Koehler)照明光学系统，该柯勒照明光学系统采用通过所述复眼透镜形成的所述多个光源图像作为光源。

在具有该结构的照明光学装置中，由于从所述发光部发出的发散光由所述透镜系统无耗损地收集以用作照明光，因此可以实现有效的照明。

另外，以这种方式收集的照明光通过所述透镜系统和所述无焦光学系统而以平行光入射到所述复眼透镜上，从而通过所述复眼透镜从该平行光形成多个光源图像，并且该多个光源图像用作所述柯勒照明光学系统的光源。换言之，在该照明光学装置中，由于通过所述透镜系统获得的平行光束在该平行光束的截面面积由所述无焦光学系统调节之后以照明光入射到所述复眼透镜上，因此不容易产生由于所述复眼透镜的组成透镜的形状而引起的渐晕。此外，在该照明光学装置中，由于通过所述复眼透镜形成的多个光源图像从多个方向相互叠加在照明表面上，因此可以实现具有均匀照度分布的照明。

如上所述，该照明光学装置使得可以有效地收集从所述发光部发出的光，并以较小的照度不均匀性进行照明，而无需采用复杂的结构。

这里，将通过所述透镜系统获得的所述平行光刚通过所述无焦光学系统时测量的光束直径定义为D1，将所述平行光即将入射到所述无焦光学系统之前的光束系(beam system)定义为D2，并且将β定义为β＝D1/D2。如果该β值小于0.25，则所述复眼透镜相比于所述发光部太小，可能会使得从所述发光部发出的光的利用率降低。另一方面，如果β值大于2，则所述复眼透镜的孔径相比于所述发光部的有效孔径过大，使得所述装置的尺寸大于所需尺寸。

因此，在根据本发明的照明光学装置中，所述无焦光学系统优选满足条件表达式0.25＜β＜2。更优选的是，所述无焦光学系统应满足条件表达式0.4＜β＜1。

另外，所述无焦光学系统可包括靠近所述发光部布置的第一组和靠近所述复眼透镜布置的第二组，并且所述第一组可在所述第一组与所述第二组之间形成所述发光部的图像。

在这种情况下，由于来自所述发光部的图像(光源图像)的光瞳位置(pupil position)可以布置在所述复眼透镜的入射平面上，因此可以将从所述发光部发出的光有效地引导到所述复眼透镜上。

在这种情况下，所述无焦光学系统的所述第二组形成独立于所述第一组的光学系统。

因此，可以将所述无焦光学系统构造成使得其可以在所述第一组和所述第二组之间分开。在这种情况下，仅有所述第一组或所述第一组和所述发光部二者可以由具有不同结构的部分替换。因此，可通过根据照明需求和待使用的发光部的特性适当地选择仅仅所述第一组或所述第一组和所述发光部二者而进行最佳的照明。

此外，在根据本发明的照明光学装置中，所述无焦光学系统可包括对通过所述透镜系统获得的所述平行光束的截面面积进行调节的功能。

在这种情况下，即使从所述光源部发出的光束的截面面积因为所述发光部已经被替换而发生改变，通过所述无焦光学系统也可以将已经通过所述无焦光学系统的平行光束的截面面积调节到适当大小。这使得从所述发光部发出的光可以被有效地收集，且以较小的照度不均匀性进行照明。

所述无焦光学系统的这种调节功能例如可通过将所述无焦光学系统构造成使得某些透镜是可替换的来实现。在这种情况下，可以通过将某些透镜替换为合适的透镜而将已经通过所述无焦光学系统的平行光束的截面面积调节到适当大小。

此外，所述无焦光学系统的这种调节功能可以通过为所述无焦光学系统设置用于沿着光轴方向移动某些透镜的机构(例如，变焦机构)来实现。在这种情况下，无需替换所述无焦光学系统就可以将通过所述无焦光学系统的平行光束的截面面积调节到适当大小。

这里，所述无焦光学系统可构造成包括：靠近多个发光部2布置的第一组；以及第二组，该第二组靠近所述复眼透镜布置，使得所述第一组由凸透镜或凸透镜组构成，所述第二组由凹透镜或凹透镜组构成，并且所述第一组调节光束截面面积，而无需使来自所述多个发光部2的图像聚焦在所述第一组和所述第二组之间。在这种情况下，构成所述无焦光学系统的透镜所需的光焦度(power)较小，并且需要的光焦度越小，就越能抑制像差的产生。这使得光学设计容易、制造成本低。

另外，在根据本发明的照明光学装置中，可以将多个所述发光部布置成使其光轴彼此平行，并且所述透镜系统可以是包括透镜元件的透镜阵列，所述透镜元件与所述多个发光部中的各发光部相对应，以通过相应的透镜元件将从各所述发光部发出的光转变成平行光。

在具有该结构的照明光学装置中，由于从各发光部发出的光由相应的透镜元件无耗损地收集以用作照明光，因此可以实现有效的照明。以该方式收集的照明光通过所述透镜系统和所述无焦光学系统而以平行光入射到所述复眼透镜上，从而通过所述复眼透镜从该平行光形成多个光源图像，并且该多个光源图像用作用于柯勒照明光学系统的光源。换言之，在该照明光学装置中，由于在通过所述无焦光学系统对来自所述透镜系统的平行光束的截面面积进行调节之后照明光才入射到所述复眼透镜上，因此不容易产生由于所述复眼透镜的组成透镜的形状而引起的渐晕。此外，在该照明光学装置中，由于通过所述复眼透镜形成的所述多个光源图像从多个方向彼此叠加在所述照明表面上，因此可以实现具有均匀照度分布的照明。

如上所述，该照明光学装置使得从所述多个发光部发出的光能被有效地收集并以较小的照度不均匀性进行照明，而不必采用复杂结构。

可成立KF＞4KS，其中KS为透镜元件的数量，而KF为构成所述复眼透镜的组成透镜的数量。

在具有该结构的照明光学装置中，所述复眼透镜可以从一个发光部形成四个或更多个光源图像。结果，所述柯勒照明光学系统可以从比发光部的数量多的方向对照明表面进行照明。这使得甚至可以用更均匀的照度分布进行照明。

所述发光部和所述透镜元件可以布置在与所述无焦光学系统的光轴垂直的平面上，使其各光轴平行于所述无焦光学系统的光轴。

在具有该结构的照明光学装置中，各透镜元件可将从相应发光部发出的光转变成大致平行光，因此使照明光损失保持较小。

所述多个发光部可构造成发出具有相同波长的光束。

在这种情况下，不容易发生由于所述发光部发出的光的波长不同而引起的像差(色差)。因此，该照明光学装置在光学上容易设计和制造。

这里所用的术语“相同波长”并不是指波长完全相同，而是允许波长由于所述发光部之间的个体差异而存在偏差。

在该照明光学装置中，所述无焦光学系统和所述复眼透镜可以是可替换的。

在这种情况下，当根据本发明的照明光学装置应用于诸如显微镜的表面照明(epi-illumination)装置之类的照明光学装置上时，其中至少设置在所述复眼透镜下游的透镜组的部分(例如，物镜)可被更换，根据该透镜组的可以被更换的性质可用具有适当性质的无焦光学系统和复眼透镜替换所述无焦光学系统和所述复眼透镜。因而，不容易发生照明损失。

本发明提供了一种光学装置，该光学装置包括根据上述本发明的照明光学装置。

在具有该结构的照明光学装置中，从所述发光部发出的光可以被有效地收集以便以较小的照度不均匀性进行照明，而不必采用复杂结构且也不会对所述发光部的形状和布局以及所述复眼透镜的形状施加限制。

这样的光学装置例如包括：具有投影光学系统的投影装置，该投影光学系统以根据本发明的照明光学装置作为光源对图像进行投影；具有投影光学系统的曝光装置，该投影光学系统通过使用根据本发明的照明光学装置将掩模图案投射到感光件上；以及具有观测光学系统的显微镜，该观测光学系统用于检验通过根据本发明的照明光学装置照明的目标对象物。

如上所述，根据本发明，从所述发光部发出的光可以被有效地收集以便以较小照度不均匀性进行稳定的照明，而不必采用复杂结构且也不会对所述发光部的形状和布局以及所述复眼透镜的形状施加限制。结果，可以使用各种类型的发光部进行更亮的照明，并且通过具有相对较低亮度的发光部，例如LED发光器件就可以获得充分高的亮度。

由于LED发光器件比现有光源(例如自炽灯和弧光灯)具有更长的寿命，因此，使用LED发光器件作为发光部意味着使用者在很长时间内都无需替换发光部。

另外，根据本发明，可以例如根据待检验的样品的性质来选择发光部。

附图说明

图1A是部分地表示根据本发明第一实施方式的照明光学装置的结构的图；

图1B是部分地表示根据本发明第一实施方式的照明光学装置的结构的图；

图2是表示从光轴方向看时图1A中所示的照明光学装置的发光部和透镜阵列的图；

图3是表示从光轴方向看时图1A中所示的照明光学装置的复眼透镜的图；

图4是表示根据本发明第一实施方式的照明光学装置的无焦光学系统的另一示例性结构的图；

图5是表示根据本发明第一实施方式的照明光学装置的无焦光学系统的另一示例性结构的图；

图6A是表示在图1A中所示的照明光学装置的发光部、透镜元件以及组成透镜的另一示例性布局的图；

图6B是表示在图1A中所示的照明光学装置的发光部、透镜元件以及组成透镜的另一示例性布局的图；

图7是表示根据本发明第一实施方式的照明光学装置的另一示例性结构的图；

图8是表示根据本发明第二实施方式的照明光学装置的结构的图。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本发明的光学装置的优选实施方式。

[第一实施方式]

根据本发明的光学装置是包括根据本发明的照明光学装置的光学装置。更具体地说，根据本发明的光学装置例如是：具有投影光学系统的投影装置，该投影光学系统以根据本发明的照明光学装置作为光源对图像进行投影；具有投影光学系统的曝光装置，该投影光学系统通过使用根据本发明的照明光学装置将掩模图案投射到感光件上；以及具有观测光学系统的显微镜，该观测光学系统用于检验通过根据本发明的照明光学装置照明的目标对象物。

以实施例的方式来描述该实施方式，在该实施例中，本发明应用于具有图1A和图1B所示的照明光学装置1以及观测光学系统的显微镜，该观测光学系统用于检验用该照明光学装置1照明的照明表面(待检验对象物)。

照明光学装置1包括：发光部2(光源)；透镜系统3，该透镜系统3用于将从发光部2发出的发散光转变成平行光束；无焦光学系统4，该无焦光学系统4用于调节通过透镜系统3获得的平行光束的截面面积；复眼透镜6，该复眼透镜6用于从截面面积被无焦光学系统4调节的平行光束形成多个光源图像I；以及柯勒照明光学系统7，该柯勒照明光学系统7使用通过复眼透镜6形成的多个光源图像I作为光源。

在该实施方式中，多个发光部2被布置成使其光轴彼此平行。对于透镜系统3来说，设置了包括分别与发光部2相对应的透镜元件3a的透镜阵列(以下称为“透镜阵列3”)，以利用这些透镜元件3a将从相应的发光部2发出的光转变成平行光。

在本说明书中，为了便于说明而在通过复眼透镜6形成多个光源图像I的位置(即，复眼透镜6的后焦平面F1)处将照明光学装置1分成两个部分，一部分在图1A中示出，另一部分在图1B中示出。此外，图1A所示的结构和图1B所示的结构沿着照明光学装置1的光轴O并排布置。

对于发光部2来说，可以使用诸如LED发光器件之类的具有指向性的器件，或者使用例如白炽灯或弧光灯的非指向性光源，该非指向性光源设有用于使从其发出的光线聚焦从而显示出指向性的椭圆形反射镜。

如图1A和图2所示，根据该实施方式的照明光学装置1包括LED阵列光源11，其中在一平面上布置有多个LED发光器件，并且该LED阵列光源11的LED发光器件用作发光部2。另外，该LED阵列光源11的LED发光器件构造成以大致相同的波长发光。

如图1A所示，在该LED阵列光源11中，由LED发光器件形成的发光部2的光轴O1与该发光部2所布置的表面大致垂直，并且LED阵列光源11布置成使得发光部2的光轴O1大致平行于无焦光学系统4的光轴O2。换言之，发光部2布置在大致垂直于无焦光学系统4的光轴O2的平面上，使得它们的各光轴O1大致平行于无焦光学系统4的光轴O2。

此外，发光部2布置成在从沿着照明光学装置1的光轴O的方向看时具有最大可能密度。

如图2中的实线所示，根据该实施方式，多个发光部2中的一个发光部2布置成与光轴O同轴，而六个发光部2以大致规则间隔布置在以该发光部2作为中心的圆周C上。这些发光部2尽可能密集地布置，同时在发光部2之间确保用于布线等所需的最小间隔。这样，通过以高密度方式布置发光部2，增加了入射到无焦光学系统4上的光的密度以获得更亮的照明。

透镜阵列3构造成使得多个具有正光焦度的透镜元件3a布置在大致垂直于其光轴O3的平面上。而且，该透镜阵列3布置成使得各透镜元件3a的光轴O3大致平行于无焦光学系统4的光轴O2。换言之，透镜元件3a布置在大致垂直于无焦光学系统4的光轴O2的平面上，使得它们的各光轴O3大致平行于无焦光学系统4的光轴O2。

此外，该透镜阵列3布置在透镜元件3a的物侧焦点分别对应于发光部2的位置处。换言之，透镜元件3a布置成与相应的发光部2大致同轴。

如图2中的双点划线所示，根据该实施方式，透镜元件3a中的一个透镜元件3a布置成与光轴O同轴，而六个透镜元件3a以大致规则的间隔布置在以该透镜元件3a作为中心的圆周C上。此外，各透镜元件3a的直径设定成使得相邻透镜元件3a之间的间隙最小。换言之，透镜阵列3构造成利用其大致全部将从发光部2发出的光转变成平行光。这样，通过以高密度方式布置透镜元件3a，增加了入射到无焦光学系统4上的光的密度，从而获得更亮的照明。

无焦光学系统4包括靠近多个发光部2布置的第一组4a和靠近复眼透镜6布置第二组4b。此外，无焦光学系统4的光轴O2与照明光学装置1的光轴O相对应。

在该实施方式中，第一组4a使发光部2的图像聚焦在第一组4a与第二组4b之间。

更具体地说，第一组4a由聚焦透镜16形成，该聚焦透镜16用于将通过阵列透镜3获得的平行光束转化为来自多个发光部2的聚焦图像I′，这些聚焦图像I′彼此叠加，位于第一组4a和第二组4b之间。此外，第二组4b由准直透镜17形成，该准直透镜17用于将从由第一组4a形成的发光部2的图像发出的光束再次转变成平行光束，并将该平行光束引导到复眼透镜6上。

这样，由于来自发光部2的图像(光源图像)的光瞳位置可布置在复眼透镜6的入射平面上，因此从发光部2发出的光可被有效地引导到复眼透镜6上。

这里，无焦光学系统4构造成使得β满足条件表达式0.25＜β＜2，其中β＝D1/D2，其中D1为通过透镜阵列3获得的平行光刚通过无焦光学系统4后测量的光束直径，而D2是平行光即将入射到无焦光学系统4上之前的光束系。

在该实施方式中，由于无焦光学系统4构造成减小了由透镜阵列3获得的平行光束的截面面积(即，β＜1＝，因此已经通过无焦光学系统4的平行光束表现出的强度增加了与截面面积减少相对应的量。

此外，在该实施方式中，第二组4b设置在照明光学装置1的外壳1a内，如图1A所示。透镜单元1b通过可拆卸的连接结构可拆卸地安装在外壳1a上，而第一组4a设置在该透镜单元1b中，所述可拆卸的连接结构例如为阳接头/阴接头或螺钉连接件(螺纹连接件)。因此，透镜单元1b可以从外壳1a拆除，从而可替代该透镜单元1b而将具有不同构造的第一组4a的透镜单元1b安装在外壳1a中。

通过根据照明需求以及待使用的发光部2的特性，以这样的方式用另一具有合适结构的透镜单元替换透镜单元1b，可以优化包括上述β值的各种参数，以进行最佳照明。

光源组件1c通过可拆卸的连接结构可拆卸地安装在透镜单元1b上，而发光部2和透镜阵列3设置在该光源组件1c中(可选的是，只有发光部2可设置在光源组件1c中，而透镜阵列3可设置在透镜单元1b中)，所述可拆卸的连接结构例如为阳接头/阴接头或螺钉连接件。

因此，光源组件1c可以从透镜单元1b拆除，使得可替代该光源组件1c而将具有不同构造的发光部2的光源组件1c安装在透镜单元1b中，这使得可以容易地将发光部2更换为其他类型。

可选的是，透镜单元1b可从外壳1a拆除，以将仅设有一个发光部2的光源组件1c设置在外壳1a中。在这种情况下，发光部2布置在第二组4b的前焦平面F2上(优选在前焦点上)。

这里，前焦光学系统4可具有调节通过透镜阵列3获得的平行光束的截面面积的功能。

无焦光学系统4的该调节功能例如可通过将该无焦光学系统4构造成使得某些透镜是可替换的来实现。在这种情况下，可通过用合适的透镜替换某些透镜来将已经通过无焦光学系统4的平行光束的截面面积调节成合适大小。

此外，可以通过使无焦光学系统4具有使某些透镜沿着光轴O方向移动的机构(例如，变焦机构)而实现无焦光学系统4的该调节功能。

在这种情况下，即使从发光部2发出的光束的截面面积例如因为发光部2已经被替换而发生改变，通过无焦光学系统4也可以将已经通过无焦光学系统4的平行光束的截面面积调节到适当大小。这使得从发光部2发出的光可以被有效地收集并以较小的照度不均匀性进行照明，而不必替换无焦光学系统4。

复眼透镜6构造成使得具有正光焦度的多个组成透镜6a布置在大致垂直于其光轴的平面上。此外，复眼透镜6布置成使得组成透镜6a的光轴大致平行于无焦光学系统4的光轴O2。换言之，组成透镜6a布置在大致垂直于无焦光学系统4的光轴O2的平面上，使它们的各光轴大致平行于无焦光学系统4的光轴O2。

在该实施方式中成立KF＞4KS，其中KS为透镜阵列3的透镜元件3a的数量，KF为组成复眼透镜6的组成透镜6a的数量。

此外，为了能够有效地利用来自无焦光学系统4的平行光，组成透镜6a布置成在从沿着照明光学装置1的光轴O的方向看时具有最大可能的密度。这些组成透镜6a的布局样式可以与上述发光部2和透镜阵列3的透镜元件3a的布局样式相同。

在该实施方式中，如图3所示，当从光轴O的方向看时，复眼透镜6的各组成透镜6a的形状类似于大致正六边形，其中，一个组成透镜6a与光轴O同轴布置，并且许多其他组成透镜6a彼此相邻布置，从而环绕处于中心处的该组成透镜6a的周围，且它们的周边彼此紧密接触。

柯勒照明光学系统7通过从多个方向将由复眼透镜6形成的光源图像I的光束叠加在照明表面FL上而使得照明表面FL上的照度分布均匀。

在该照明光学装置1中，由于从各发光部2发出的光被透镜阵列3的相应透镜元件3a无耗损地收集以用作照明光，因此可以实现有效的照明。

在该实施方式中，特别是由于多个发光部2和透镜阵列3的透镜元件3a布置在垂直于无焦光学系统4的光轴O2的平面上，使得它们的各光轴O1、O3平行于无焦光学系统4的光轴O2，因此透镜阵列3的各透镜元件3a可以将从相应的发光部2发出的光转变成大致平行的光，因而使照明光损失较低。

此外，由于照明光作为平行光入射到复眼透镜6上，因此不容易产生由于复眼透镜6的组成透镜6a的形状而引起的渐晕。另外，由于柯勒照明光学系统7从多个方向将由通过复眼透镜6形成的多个光源图像I发出的发散光束叠加到照明表面FL上，因此可以实现以均匀照度分布进行照明。

此外，在该照明光学装置1中，组成复眼透镜6的组成透镜6a的数量设定成等于或大于透镜阵列3的透镜元件3a的数量的四倍的值。这样，由于复眼透镜6从一个发光部2形成了四个或更多个光源图像I，因此柯勒照明光学系统7可以从比发光部2数量多的方向对照明表面FL进行照明。这使得甚至可以以更均匀的照度分布进行照明。

如上所述，该照明光学装置1使得从所述多个发光部2发出的光可以被有效地收集，并以较小的照度不均匀性进行照明，而不必采用复杂结构。

另外，在该照明光学装置1中，由于使用发出具有相同波长的光的光源作为发光部2，因此不容易产生由于由发光部2发出的光的波长不同而引起的像差(色差)。因此，该照明光学装置1在光学上容易设计和制造。

此外，在该照明光学装置1中，构成从无焦光学系统4的第二组4b到柯勒照明光学系统7的部分的光学系统构成了以单一光源作为光源的照明光学系统。简言之，根据本发明的照明光学装置1可以仅仅通过将所述多个发光部2、透镜阵列3以及无焦光学系统4的第一组4a添加到采用单一光源作为光源的公知照明光学系统中而制成。这使制造成本较低。

在该实施方式中，尽管无焦光学系统4的第一组4a和第二组4b的每一个都由单个透镜形成，但是第一组4a和第二组4b中的至少一个可以由多个透镜构成，从而消除诸如无焦光学系统4的像差之类的缺陷，由此实现更好的照明。

例如，如图4和图5所示，可以从发光部2开始依次设置双凸透镜A1、凹月牙形透镜A2、双凸透镜A3以及凸月牙形透镜A4作为第一组4a；并且从发光部2开始依次设置凸月牙形透镜B1、双凸透镜B2、凹月牙形透镜B3以及双凸透镜B4作为第二组。在图4所示的实施例中，D1＝28.8mm，D2＝36mm，而β＝0.8，在图5所示的实施例中，D1＝16.2mm，D2＝36mm，而β＝0.45。

在该实施方式中，尽管围绕一个发光部2(透镜元件3a)以规则间隔布置有多个发光部2(透镜元件3a)，但该实施方式并不限于该实施例。也可以采用不同的布局样式，只要可进行高密度布局即可。例如，如图6A所示，所述多个发光部2(透镜元件3a)可以以Z字形方式(以堆叠的包的形式)布置，使得发光部2之间(透镜元件3a之间)的间隙最小，或者如图6B所示，它们可布置成在从光轴O的方向看时呈以光轴O为中心的矩形。

另外，在该实施方式中，尽管设置了多个发光部2，但是本实施方式并不限于该实施例；而是可以仅设置一个发光部2。在这种情况下，仅使用一个透镜元件3a，而不是透镜阵列3。

此外，根据本实施方式的光学装置可以是采用照明光学装置1作为表面照明装置的显微镜。例如，如图7所示，表面照明装置构造成在照明光学装置1的柯勒照明光学系统7的下游具有物镜18。此外，可以按照需要用另一具有适当放大率的物镜替换物镜18。

此外，在该显微镜中，照明光学装置1的无焦光学系统4和复眼透镜6可以是可替换的。这使得可以根据物镜18的特性用适当的无焦光学系统和复眼透镜替换无焦光学系统4和复眼透镜6，从而防止容易发生照明损失。

这里，将无焦光学系统4和复眼透镜6安装在可拆卸地设置在照明光学装置1中的光学单元中使得可以简单地通过替换该光学单元而容易地替换无焦光学系统4和复眼透镜6。

[第二实施方式]

现在描述本发明的第二实施方式。

根据该实施方式的光学装置通过使用如图8所示的照明光学装置21对照明表面进行照明。

照明光学装置21的主要特征在于，其设有无焦光学系统22，而不是在第一实施方式中描述的照明光学装置1的无焦光学系统4。

无焦光学系统22包括靠近多个发光部2布置的第一组22a和靠近复眼透镜6布置的第二组22b。

在该实施方式中，第一组22a由凸透镜23构成，而第二组22b由凹透镜24构成。结果，第一组22a构成为用于调节光束的截面面积，而不将来自多个发光部2的图像聚焦在第一组22a和第二组22b之间。

在具有上述结构的照明光学装置21中，构成无焦光学系统22的第一组22a和第二组22b中的透镜(凸透镜23和凹透镜24)所需的光焦度较小，所需光焦度越小，就越能抑制像差的产生。这使得光学设计容易、制造成本低。

Claims

1、一种照明光学装置，该照明光学装置包括：

发光部；

透镜系统，该透镜系统用于将从所述发光部发出的发散光束转变成平行光束；

无焦光学系统，该无焦光学系统用于调节通过所述透镜系统获得的所述平行光束的截面面积；

复眼透镜，该复眼透镜用于从截面面积被所述无焦光学系统调节的所述平行光形成多个光源图像；以及

柯勒照明光学系统，该柯勒照明光学系统使用通过所述复眼透镜形成的所述多个光源图像作为光源，

其中，多个发光部布置成使得它们的光轴彼此平行，而且

所述透镜系统是一透镜阵列，该透镜阵列包括与所述多个发光部中的各发光部相对应的透镜元件，以通过相应的透镜元件将从所述多个发光部中的各发光部发出的光转变成平行光。

2、根据权利要求1所述的照明光学装置，其中，成立KF＞4KS，其中KS是透镜元件的数量，而KF是组成所述复眼透镜的组成透镜的数量。

3、根据权利要求1所述的照明光学装置，其中，所述发光部和所述透镜元件布置在垂直于所述无焦光学系统的光轴的平面上，使得它们的各光轴平行于所述无焦光学系统的光轴。

4、根据权利要求1所述的照明光学装置，其中，所述多个发光部构造成发出具有相同波长的光束。

5、一种光学装置，该光学装置包括根据权利要求1至4中任一项所述的照明光学装置。